1.1 壩體結構簡介

    此拱壩設計為對數(shù)螺旋線型碾壓混凝土雙曲拱壩，建基面高程198.5m，壩頂高程305.5m，最大設計壩高107m，底厚18.5m，頂厚6m，高厚比0.17。壩體上游部位采用二級配富膠材碾壓混凝土防滲，壩體內(nèi)部采用三級配混凝土。二級配碾壓混凝土設計標號為C9020F150W8，三級配碾壓混凝土設計標號為C9020F100W6。上下游面及兩岸巖坡設50cm寬變態(tài)混凝土。從壩底到壩頂二、三級配混凝土分界線距大壩上游面6m～1.5m。 大壩設置3條誘導縫和2條橫縫，誘導縫和橫縫將壩體從左到右分成6個壩段，其上游弧長依次為22.28m、18m、34m、41.5m、49.33m和31.9m。誘導縫采用預埋雙向間隔誘導板成縫，橫縫采用預埋雙向連續(xù)誘導板成縫。誘導縫和橫縫內(nèi)均設置重復灌漿系統(tǒng)。

 

    此流域?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候區(qū)，氣候溫和，多年平均氣溫16.2℃，月平均氣溫以7月最高，為27.5℃，以1月最低，為4.6℃，極端最高氣溫42.1℃，極端最低氣溫-12.0℃；濕度大，多年平均相對濕度為80%。

表1  壩址多年氣溫、水溫、濕度統(tǒng)計表

    2、溫度控制分析

    2.1設計溫控標準

    某水利水電勘測設計院于2003年8月下達了《某水利水電樞紐工程碾壓混凝土拱壩溫度控制設計報告》，報告中規(guī)定了大壩碾壓混凝土施工期溫度控制標準：

    1）混凝土澆筑溫度除5月份施工的非約束區(qū)部位澆筑溫度不高于20℃外，其它部位碾壓混凝土入倉溫度均不高于18℃；

    2）壩體碾壓混凝土最高溫度不超過36℃。

    2.2自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度估算分析

    2.2.1自然狀態(tài)下混凝土出機口溫度計算

    1）混凝土配合比選用

表2  碾壓混凝土施工配合比

    2）混凝土原材料計算溫度選擇

    水泥、粉煤灰計算溫度按高于相應月月平均氣溫15℃考慮；骨料計算溫度取相應月平均氣溫；水計算溫度取相應月平均河水溫度。

表3  2003年氣溫、水溫月平均溫度統(tǒng)計表（℃）

    3）自然狀態(tài)下混凝土出機口溫度計算

    經(jīng)計算，自然狀態(tài)下各月混凝土出機口溫度見表，計算結果與2003年已澆混凝土出機口溫度基本相符合。

表4  自然狀態(tài)下混凝土出機口溫度（℃）

    4）2003年～2004年澆筑的混凝土出機口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計

表5  2003～2004年澆筑的混凝土出機口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計表（℃） 

    2.2.2自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度

    根據(jù)以往經(jīng)驗和2003~2004年已澆筑的混凝土出機口溫度、澆筑溫度統(tǒng)計資料，10月至次年2月混凝土澆筑前的溫度回灌按1℃考慮，3月、4月、5月、9月混凝土澆筑前的溫度回灌按2℃考慮，初步估算出自然狀態(tài)下混凝土的澆筑溫度。

表6  自然狀態(tài)下混凝土澆筑溫度估算表（℃）

    2.2.3估算混凝土澆筑溫度與設計要求澆筑溫度比較

    根據(jù)碾壓混凝土澆筑溫度估算結果，4月、5月、9月、10月混凝土澆筑溫度略高于相應設計要求的混凝土澆筑溫度，其它月份估算澆筑溫度均低于設計要求的澆筑溫度。

表7  估算混凝土澆筑溫度與設計要求澆筑溫度比較（℃）

    2.3壩體最高溫度分析

    由于此大壩壩體較薄，氣溫變化幾乎影響大壩全斷面，壩體在施工期受氣溫影響比較敏感。根據(jù)某碾壓混凝土施工配合比，經(jīng)初步計算，并借鑒其它工程的有關資料，壩體混凝土二級配區(qū)溫升估算值約在16～19℃之間，混凝土二級配區(qū)溫升值取17℃，計算壩體最高溫度估算值見下表。計算結果顯示，5月、9月壩體最高溫度估算值高于設計要求4～7℃，4月中旬、4月下旬壩體最高溫度估算值略高于設計要求，其它月份壩體最高溫度估算值均低于設計要求。

表8  壩體最高溫度估算值（℃）

    3、碾壓混凝土施工溫度控制措施

    根據(jù)以上溫度控制分析，結合某的具體情況，制定經(jīng)濟、可行的溫度控制措施。

    3.1溫度控制基本思路

    1）6月、7月、8月高溫季節(jié)停止碾壓混凝土施工；

    2）根據(jù)施工總進度計劃，5月、9月基本不進行碾壓混凝土施工；

    3）4月中下旬、10月上旬次高溫季節(jié)澆筑的碾壓混凝土，預埋冷卻水管通河水進行一期冷卻，控制壩體最高溫度不高于設計規(guī)定的壩體最高溫度值；

    4）其它低溫季節(jié)混凝土澆筑溫度和壩體最高溫度均能滿足設計要求。

    3.2溫度控制措施

    1）優(yōu)化混凝土配合比，降低水化熱溫升

    經(jīng)我局中心試驗室混凝土施工配合比設計和優(yōu)化，在滿足設計各項技術指標的前提下，盡可能減少水泥用量。

    2）降低混凝土原材料入機溫度

    a.水泥、粉煤灰提前組織進場，降低出廠溫度；

    b.砂子已經(jīng)搭了避雨、遮陽棚，高溫季節(jié)對粗骨料采取可行的遮陽措施；

    c.增加骨料堆高，堆料高度不低于6m；

    d.砂子和粗骨料均采取地弄取料，降低骨料入機溫度；

    e.對入機前的皮帶機增加遮陽棚。

    3）加強施工組織，降低混凝土溫度回灌

    a.加強施工組織，盡可能縮短混凝土出機到碾壓的時間；

    b.對混凝土儲存和運輸設備采取必要的遮陽措施；

    c.實施倉內(nèi)噴霧，營造倉內(nèi)小氣候。

    4）壩體內(nèi)預埋冷卻水管，通河水進行一期冷卻，降低壩體混凝土最高溫度

    壩體全斷面預埋HPED塑料冷卻水管，水管間距1.5m，層高間距1.5m。預埋48h后通河水進行一期冷卻。

    4、溫控措施實施效果

    4.1混凝土澆筑溫度統(tǒng)計

    2003年10月16日開始碾壓混凝土施工，截止2004年3月底對混凝土澆筑溫度實測值統(tǒng)計見下表。統(tǒng)計結果顯示，10月份混凝土澆筑溫度高于設計要求2℃，其他各月均能滿足設計要求。

表9  混凝土澆筑溫度實測值統(tǒng)計（℃）

    4.2壩體最高溫度值統(tǒng)計

    通過對208.5m和215m高程實測壩體溫度統(tǒng)計（見圖1）， 2003年11月6日壩內(nèi)二級配區(qū)溫度達到最大峰值36.6℃，高于設計要求0.6℃，其它統(tǒng)計值均低于設計要求。

    5、一期冷卻效果分析

    2003年10月26日在208.5m高程埋設了4支溫度計，TSI和TS3埋設在三級配區(qū)，TS2和TS4埋設在二級配區(qū)。TS1和TS2埋設在大壩對稱中心軸上，TS3和TS4埋設在距大壩對稱中心軸左半拱18m位置。TSI距大壩上游面9m，距大壩下游面7.9m；TS2距大壩上游面3m，距大壩下游面13.9m；TS3距大壩上游面9m，距大壩下游面9.1m；TS4距大壩上游面3m，距大壩下游面15.1m，見圖2。

    2003年10月26日日平均氣溫實測值為17.3℃，混凝土入倉溫度實測值為18.5℃，混凝土澆筑溫度實測值為20℃。2003年11月17日TS3溫度計所測溫度值達到峰值，Tmax＝31.7℃，齡期22d；2003年11月17日TS1溫度計所測溫度值達到峰值，Tmax＝32.5℃，齡期22d。

    TS1和TS3距大壩上下游面均大于7m，且208.5m在206.4～211.8m升程中，如果不考慮一期冷卻，TS1和TS3溫度計所測的水化熱溫升值可近似認為絕熱溫升值。

表10  每立方米混凝土各種組分百分比

 

圖1

    本工程所用水泥為荊門P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥水化熱7d實測值為292.1KJ/kg。

    根據(jù)經(jīng)驗公式計算在齡期為22d時的水泥累積水化熱：

式中：Q(τ)――齡期為22d時的水泥累積水化熱

           Q₀――τ→∞時的水泥最終水化熱，取350 kJ/kg

   a、b為常數(shù)，其中a取0.69，b取0.56

經(jīng)計算：Q(22)＝342.9 kJ/kg

    按混凝土配合比中各組分材料的重量百分比加權法計算溫度為32℃時混凝土的比熱，其中：溫度為32℃時，水的比熱取4.187 kJ/kg?℃；水泥的比熱取0.536 kJ/kg?℃；灰?guī)r骨料的比熱取0.758 kJ/kg?℃；粉煤灰的比熱取0.754 kJ/kg?℃。

    c＝1.05（3.08×4.187＋2.89×0.536＋3.53×0.754＋90.5×0.758）/100＝0.857 kJ/kg?℃

根據(jù)經(jīng)驗公式計算齡期22d時的混凝土絕熱溫升：

式中：Q(τ)――齡期22d時水泥水化熱

      W――水泥用量

      F――粉煤灰用量

      C――混凝土比熱

      ρ――混凝土密度

      k――折減系數(shù)，取k＝0.25

經(jīng)計算：θ(22)＝15.1℃

    齡期22d時壩內(nèi)最高溫度計算值為：

Tˊmax＝θ(22)＋20＝35.1℃

    本工程采取通河水一期冷卻，降低壩體最高溫度峰值，齡期22d時實測壩體最高溫度峰值平均值為Tmax＝32.1℃，因此，一期冷卻削減溫度峰值約為：

?T＝Tˊmax－Tmax＝3℃

    6、結語

    1）實踐證明此碾壓混凝土施工所采取的混凝土溫控措施是可行的；

    2）冷卻水管埋設部位可根據(jù)不同的氣溫情況選擇高溫和次高溫季節(jié)埋設，建議低溫季節(jié)可不埋設冷卻水管；

    3）通河水一期冷卻可以降低壩體溫度3～5℃。

 

 

 

 

 

圖2